[发明专利]一种指向式旋转导向钻井工具

摘要

本发明提供了一种指向式旋转导向钻井工具，主要由外筒、球形轴承、传动轴、导向管、内筒、前(或下)隔板、扇形圆管、圆形驱动管、后(或上)隔板和偏重块组成。在钻进过程中，偏重块内的工具面控制集成电路根据地面指令通过电磁阀、伺服电机、齿轮和圆形驱动管共同驱动扇形圆管转换工作模式或改变工具面方位，高压钻井液经扇形圆管开口圆心角所在导向管后(或上)端内壁扇形柱面区域内排出通道喷出形成高压射流，高压射流冲击外筒内壁所产生反作用力推动导向管偏向给定工具面方向，进而推动传动轴改变指向，驱动钻头侧向切削地层按照给定工具面导向钻进。

主权项

指向式旋转导向钻井工具主要由外筒(1)、球形轴承(2)、传动轴(3)、导向管(4)、内筒(5)、前(或下)隔板(6)、扇形圆管(7)、圆形驱动管(8)、后(或上)隔板(9)和偏重块(10)组成；外筒(1)前(或下)端通过球形轴承(2)与传动轴(3)关联在一起，外筒(1)后(或上)端通过石油钻具螺纹与上部钻具连接；球形轴承(2)把外筒(1)和传动轴(3)关联在一起，既要确保上部钻具钻压、拉力和扭矩通过球形轴承(2)传递给传动轴(3)，又要确保传动轴(3)灵活摆动，把导向管(4)所在工具面方位转换成传动轴(3)指向，同时，还要密封承压，确保外筒(1)、球形轴承(2)和前(或下)隔板(6)共同组成高压腔室；传动轴(3)前(或下)端通过石油钻具螺纹与钻头连接，传动轴(3)中部通过球形轴承(2)与外筒(1)关联，传动轴(3)后(或上)端通过肘节与导向管(4)连接，且与导向管(4)可任意弯曲；导向管(4)前(或下)端通过肘节与传动轴(3)连接，导向管(4)后(或上)端通过套筒与内筒(5)连接，且与内筒(5)轴向、径向均可相对移动，密封承压；导向管(4)主要由管壁、进入通道、内隔板和排出通道组成，其中，进入通道设计为3个，形状为圆孔，周向均布在导向管(4)前(或下)端管壁，排出通道数量设计为N(N≥3且为正整数)个，具体数量在设计制造时统筹考虑，形状为窄长孔，周向均布在导向管(4)后(或上)端管壁，进入通道与排出通道之间由内隔板分开，确保导向管(4)内高压钻井液经排出通道、高压腔室和进入通道再进入导向管(4)；内筒(5)主要作用为保护圆形驱动管(8)，分开高压腔室与由外筒(1)、前(或下)隔板(6)和后(或上)隔板(9)共同组成的低压腔室；内筒(5)前(或下)端通过套筒与导向管(4)连接，内筒(5)后(或上)端安装在前(或下)隔板(6)轴孔中，且径向相对旋转，密封承压；前(或下)隔板(6)主要作用为安装内筒(5)、分开高压腔室与低压腔室，因此，前(或下)隔板(6)与外筒(1)即可为整体结构，也可为分体结构，如果为分体结构，要确保密封承压；扇形圆管(7)的基管是圆形管，安装在导向管(4)内隔板后(或上)部轴孔中；圆形管外径与导向管(4)内隔板后(或上)部轴孔内径相等，配套研磨，密封承压，且在导向管(4)排出通道位置被对应加工成扇形圆管(7)；扇形圆管(7)开口圆心角设计为任意值，具体数值在设计制造时统筹考虑；扇形圆管(7)后(或上)端与圆形驱动管(8)连接，由圆形驱动管(8)驱动旋转，因此，扇形圆管(7)与圆形驱动管(8)可为整体结构，也可为分体结构连接而成；圆形驱动管(8)安装在内筒(5)轴孔中，圆形驱动管(8)外径略小于内筒(5)内径，确保圆形驱动管(8)旋转时不受内筒(5)弯曲影响；圆形驱动管(8)前(或下)端与扇形圆管(7)连接，圆形驱动管(8)后(或上)端安装在后(或上)隔板(9)轴孔中，且径向旋转灵活，密封承压；后(或上)隔板(9)主要作用为安装圆形驱动管(8)，分开低压腔室与上部钻具水眼内高压钻井液，因此，后(或上)隔板(9)与外筒(1)之间即可为整体结构，也可为分体结构，如果为分体结构，要确保密封承压；偏重块(10)安装在低压腔室内，偏重块(10)内部安装有齿轮、伺服电机、电磁阀、工具面控制集成电路、地面指令信号接收及反馈装置、电源及其他多种部件；偏重块(10)通过轴孔安装在圆形驱动管(8)上，且与圆形驱动管(8)共同组成井眼重力高边工具面驱动机构；在指向式旋转导向钻井工具中，导向管(4)后(或上)端轴孔内壁圆柱面、导向管(4)后(或上)端轴孔排出通道和扇形圆管(7)共同组成导向装置，其中，导向管(4)后(或上)端轴孔内壁圆柱面相当于圆环轨道面，导向管(4)后(或上)端轴孔排出通道相当于控制开关，扇形圆管(7)相当于扇形控制环。